Question

油气成藏体系地质风险评价方法探讨

Answer 1

徐忠美^1，2 盛秀杰^1，2 唐文莲²

（1.中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083；

2.中国石油大学地球科学学院，北京 102249）

摘 要 油气勘探是一项高风险、高投入、高收益的活动，如何采用有效的技术来规避或降低勘探风险一直是国际石油公司研究的重点。本文探讨了基于油气成藏体系理论的地质风险因子，通过成藏要素的分析来建立地质风险评价参数体系；在参数体系建立的基础上，根据评价区勘探程度的不同，分别采用概率法、层次分析法、风险模拟等多种方法来开展地质风险分析。

关键词 成藏体系 风险评价 概率法 层次分析法 风险模拟

Geological Risk Assessment Method Discussion of

Petroleum Accumulation System

XU Zhongmei^1，2，SHENG Xiujie^1，2，TANG Wenlian²

（1.Exploration and Production Research Institute，SINOPEC，Beijing 100083，China；

2.College of Geosciences，China University of Petroleum，Beijing 102249，China）

Abstract Oil and gas exploration is a activity，which has high risk，high investment and high return.In many oil international exploration company，they focus on how to use effective techniques to avoid or reduce the risk of exploration.This paper discusses the risk assessment method based on the theory of petroleum accumulation system.First，we should establish the geological risk evaluation parameter system based on the theory of petroleum accumulation system.Then，According to the different exploration degree，we canuse the probability method， Analytic Hierarchy Process，risk simulation to carry out the geological risk assessment and optimize the favorable zone.

Key words petroleum accumulation system；risk assessment；probability method；Analytic Hierarchy Process；Risk simulation

石油地质勘探是一项高风险的活动，进行科学的地质风险分析是油气勘探的基本内容之一。随着风险分析技术的不断发展和完善，现今多数大型石油公司和国家石油机构都把风险分析作为勘探评价及决策的一项重要且必需的研究内容，这对降低勘探成本及提高勘探成功率具有重大意义。

在油气勘探中，关键的决策不是钻探哪个圈闭，而是勘探哪个盆地或区带^［1］。因为，在油气勘探中的每一个油气藏都是独特的——是所有地质因素的复杂结合。同时，油气藏通常成群出现并具有一定的规律性。掌握了这些规律性，那么我们就有了开启油气勘探秘密的钥匙。

因此，地质学家通过不同的视角或地质理论来揭示其地质规律，以此来规避地质风险。常用的方法包括：以油气产生过程为主线的 “生、储、盖、运、圈、保” 分析；以烃源岩为中心的 “含油气系统分析”；以系统论为指导的 “油气成藏体系评价”。

1 油气成藏体系定义及风险因子识别

1.1 油气成藏体系概念及内涵

油气成藏体系（petroleum accumulation system，PAS）是地表以下含油气的自然系统^［2－4］。它包括了形成油气藏的一切必要元素以及这些要素之间的有效配置结构。其中的成藏要素包括烃源体、输导体和圈闭体，要素之间的有效配置能够产生任何单一元素所不具备的功能——形成油气藏。油气成藏体系概念具有以下内涵：(1)元素—结构—功能，体现了系统论思想与石油地质研究的紧密结合，也是油气成藏体系研究的主要内容；(2)三大成藏要素中，烃源是物质基础，圈闭是勘探目标，疏导是纽带，强调了二者之间相互关联、相互制约的 “系统性” 综合方法；(3)结构研究采用 “源位匹配” 的思路，不同结构的油气成藏体系研究的内容、重点和思路均有差异；(4)功能（形成油气藏）是油气成藏体系研究的核心，是烃源、输导、圈闭三者相互作用的结果，并随时间在空间发生变化。

1.2 地质风险因子识别

以系统论为指导的 “油气成藏体系” 地质风险评价，地质单因素选取是定量评价的基础。油气成藏体系中，油气藏的形成主要取决于3个方面——优质烃源是油气藏形成的物质基础，完好的区域盖层是油气富集的关键，优质储层与大型圈闭的配套。

据此，进一步梳理成藏要素的评价因子。构成烃源体的地质单因素包括有机碳含量、有机质类型、成熟度、烃源岩厚度、供烃面积系数和生烃强度等；构成输导体的地质单因素有输导层类型、供烃方式、运移距离、生运聚的时间匹配、生储盖配置等；构成圈闭体的地质单因素有圈闭类型、圈闭面积系数、圈闭幅度、储层沉积相、储层孔隙度、储层渗透率、储层埋深、盖层厚度、盖层岩性及断裂破坏程度等。

2 油气成藏体系地质风险评价方法

根据勘探程度的不同，可以选择不同方法来开展油气成藏体系地质风险评价。其中，针对低勘探程度区，由于资料有限和认识不足，可以基于概率论来开展快速评价和优选；针对中低勘探程度地区，在深入开展成藏要素及评价因子分析的基础上，可以选择层次分析法来开展地质风险评价；针对高勘探程度区，尽可能结合各种勘探信息和成果，基于成藏理论来开展地质风险模拟。

2.1 基于概率论的地质风险评价

概率论以及现代决策等理论引入石油资源评价，使得地质学家们在认识和方法上产生了一个飞跃。能将所谓灵感或直接的、唯理或机制的、唯象或统计的两种思路结合在一起，用于勘探实践。针对地质研究的 “不定性” ——其实质就是 “随机性”，采用概率方法能有效揭示随机地质现象的统计规律。

概率是指任一事件发生可能性的数量陈述，通常用来表示未来事件的不确定性。概率以百分比或者用从0（绝对不可能）到1（绝对肯定）之间的某个数值来表示。假定事件A的概率记为P（A），则0≤P（A）≤1。在地质风险分析中，常用的基本概率法则有4条。

1）任一随机事件发生的概率等于1减去该事件不发生的概率。

2）相互独立的随机事件同时发生的概率等于每一事件单独发生概率的乘积（乘法定理）。设事件A₁，A₂，…，A_n独立，则P（A₁，A₂，…，A_n）＝P（A₁）×P（A₂）×…×P（A_n）。该法则可用来估计地质风险分析单元的发现概率。例如，烃源岩、储层和圈闭是某勘探目标含油气的基本地质风险因素。在钻前预测中，设A表示事件“烃源存在”，B表示事件 “储层存在且其孔隙度等于或大于风险评价中设定的孔隙度下限值”，C表示事件 “圈闭存在且其封闭条件良好”。其存在概率依次为0.9、0.8和0.6，则该勘探目标的发现概率P为：P＝P（A）×P（B）×P（C）＝0.9×0.8×0.6＝0.432。

3）两个互斥事件A、B，事件A ＋B和的概率等于事件A的概率与事件B的概率之和（加法定理），即：P（A＋B）＝P（A）＋P（B）。如果有两个事件是一次试验得出的两种可能结果，而它们又不能同时发生，我们就说它们是互斥（互相排斥）的。在油气勘探中，钻一口探井是一次试验。这口井是干井或者是发现了油（或气），是互相排斥的两种可能结果。该井为干井或是有油气发现的概率，是这两个单独概率之和：P（油或干）＝P（油）＋P（干）。

4）两个独立随机事件中至少一个事件发生的概率，等于1减去这两个事件均不发生概率的乘积（组合定理）。例如，某远景区有两套潜在烃源岩（A和B）。烃源岩A的存在概率P（A）为0.6，烃源岩B的存在概率P（B）为0.3。若该区某勘探目标的油源来自烃源岩A或烃源岩B或同时来自烃源岩A、B，则其烃源岩的存在概率P为：P＝1－（1－P（A））×（1－P（B））＝1－（1－0.6）×（1－0.3）＝0.72。

2.2 基于层次分析的地质风险评价

2.2.1 方法介绍

层次分析法是根据问题的性质和要求，将问题按层次进行分析和求解的一种决策方法，也称为解析递阶过程（Analytic Hierarchy Process），简称AHP法，是美国运筹学家T.L.Saaty于20世纪70年代提出的，是一种定性与定量分析相结合的多目标决策分析方法^［5，6］。它将决策者对复杂对象的决策思维过程系统化、模型化、数学化，可用于求解多目标、多准则问题，特别是它将决策者的经验判断予以量化，因此，对目标（因素）的结构复杂且缺乏必要的数据，甚至是没有明确的结构问题，都具有广泛的实用价值。

层次分析法的主要思想是：首先根据问题的性质和要达到的总目标，将问题按层次分解成不同的因素。同一层次内各个不同因素的权重，可通过他们两两之间进行成对判断比较得到。下一层次因素的重要程度，既要考虑本层次，又要考虑上一层次的权因子。因此，一般要计算组合权重，并一层一层计算下去，直到最后一层。由于他们的相对重要性在最后都可以算出，则多方案的相对优劣也相应地清楚了。

应用层次分析法计算油气成藏体系地质风险时，首先通过地质研究划分出多个成藏体系或者亚成藏体系（甚至更细的评价单元）。一个成藏体系或亚成藏体系包含烃源体、输导体、圈闭体3大功能元素，而每一个元素又是一系列地质单因素的集合。这些评价单元与参数构成了成藏体系内由高到低的层次组成序列。因此，在进行成藏体系定量评价时，遵循由地质单因素→元素→聚集单元→亚成藏体系→成藏体系的评价序列（图1）。如前所述，地质单因素的选取及其评价标准的确定是正确定量评价成藏体系的关键。

图1 成藏体系定量评价单元及评价参数

2.2.2 应用实例

黄骅坳陷位于冀东平原渤海之滨，构造位置处于燕山褶皱带之南，沧县隆起以东，埕宁隆起之西，南与济阳坳陷毗邻。其油气勘探始于1955年，通过40多年的勘探，在黄骅坳陷大港油田探区已查明了北塘、板桥、歧口、沧市、南皮、盐山、吴桥等7个有利的生油凹陷，确定了9个潜山构造带、9个断裂构造带、6个裙边构造带等24个二级正向构造带。由于探区地质结构复杂，有待进一步对控制油气藏分布、储量丰度的主要因素进行解析。

根据前人研究成果^［7］，黄骅坳陷划分为4大成藏体系和16个亚成藏体系。按照烃源体、输导体、圈闭体3大功能元素，进一步选择了22个地质因素进行成藏体系地质风险评价。根据划分的评价单元，逐一分析了各个评价单元地质因素的参数取值，并进一步求取了各个成藏体系的风险评价结果。

评价结果表明，中部滩海成藏体系各因素最好，其次是中部板桥－黄骅成藏体系，南部成藏体系较差，北部成藏体系最差（图2）。

2.3 基于成藏理论的地质风险模拟

2.3.1 方法介绍

前述两种地质风险评价方法主要是针对中低勘探程度。这些方法在区块优选时具有简便、快捷的优点，但是也存在评价结果不能直接指导勘探部署的问题。这是因为，将评价对象作为一个整体来评价的研究方法中，一个评价对象只有一个统一的含油气概率值，无法反映单一评价对象内部不同部位含油气性的差异，导致其无法为中高勘探程度区的钻探部署提供更进一步的指导。基于此，以White^［8，9］为代表的部分学者通过叠合油气成藏的各因素，进而来定性分析评价区的地质风险。同时，Chen等^{［10，11］}提出了基于多元统计、模糊逻辑和贝叶斯的算法来评价地质有利性及区域地质风险评价的方法，胡素云和郭秋麟^［12］在此基础上对该方法进行了发展和完善。

本质上，地质风险评价是在钻井之前定量估计待钻位置上油气存在的可能性。在一个成藏体系中，地质变量是油气资源空间分布的特征函数，从统计角度来推测在某一特定位置油气存在的可能性，实际上等同于勘探的风险计算。与已知总体相似性的比较来确定待探位置上油气存在的可能性，实际上是一分类问题。而由于各种不确定性造成的分类错误等同于勘探风险。通过分析地质因素和属性的分布规律，采用科学、合理的统计学判别分析方法，能客观地判别未钻探井的类别——油气井或干井，进而计算待钻位置的含油气概率。

2.3.2 应用实例

齐家地区位于大庆长垣西部外围地区，西至龙虎泡—大安阶地东界，工区主体地处黑龙江省大庆市境内。多年的勘探工作表明，该区为有利的生油凹陷区，油气资源丰富，生储盖匹配合理，在中下部具有良好的找油气前景。但本区的油藏条件十分复杂，埋藏深、物性差、产能低，油水分布复杂，油藏分布零散；其中，扶杨油层是本区主要勘探目的层。

本区已钻探249口探井，根据油气显示分为油井和干井两个总体——油井164口，干井85口。将扶杨油层油气成藏特征细化到油源条件、储层条件、盖层条件、构造条件和运移条件，建立整个齐家地区扶杨油层勘探风险评价参数体系与取值标准，并将参数赋值给每一口样本井。通过对扶杨油层7个参数的筛选，设定有利构造指数、沉积相和孔隙度3个参数为有效参数（图3）。

图2 黄骅坳陷四大成藏体系定量评价直方图

图3 扶杨油层地质参数有效性对比分析

利用马氏距离和费希尔算法，得到齐家地区扶杨油层含油气条件概率等值线图（图4，图5）。图中阴影部分代表已探明、控制或预测储量，从图中可以看出，利用马氏距离预测的有利区与实际储量区叠合较好，说明利用马氏距离算法预测油气有利区是可行的。

图4 扶杨油层马氏距离含油气条件概率图

图5 扶杨油层费希尔含油气条件概率图

根据预测结果，齐家扶杨有利区主要为萨西、杏西、杜37－金80井区和龙28－金396井区；有利区的成藏概率一般大于70％；主要受到有利构造指数（超压、断层）、沉积相和孔隙度的影响。

3 小结

1）石油地质勘探是一项高风险的活动，地质风险评价的重点是选择合适勘探区带，进而选择钻探目标。

2）以 “系统论” 为指导的油气成藏体系研究方法，通过成藏要素分析来建立地质风险评价模型和评价因子标准，其评价结果能有效指导勘探区带优选。

3）针对不同勘探程度的评价区，需要选择合适的评价方法。低勘探程度区，通常基于概率论来开展快速评价和优选；针对中低勘探程度地区，在深入开展成藏要素及评价因子分析的基础上，可以选择层次分析法来开展地质风险评价；针对高勘探程度区，尽可能结合各种勘探信息，基于成藏体系理论来开展地质风险模拟。

参考文献

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